CN110962785A - 一种用于氢能源汽车车窗的应急供电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于氢能源汽车车窗的应急供电系统及方法，为了解决氢燃料电池乘用车极端情况下的安全性，在车辆正常情况下，通过特定的控制方法，优先使用车辆的低压电源为车窗电机供电，确保车窗的正常工作；同时，在低压电源异常断电的情况下，进行应急供电系统的无缝切入，可以利用超级电容系统通过双向DC电源为车窗电机供电，以持续保持车窗开启功能，从而确保车辆极端情况下车窗快速开启的可靠性，避免了因低压异常断电后的车窗无法打开的安全隐患。

Description

一种用于氢能源汽车车窗的应急供电系统及方法
技术领域
本发明涉及新能源车技术领域，具体涉及一种用于氢能源汽车车窗的应急供电系统及方法。
背景技术
正常情况下，氢燃料电池乘用车的电动车窗采用整车低压电源供电从而驱动电动车窗电机正常工作。然而车辆在极端天气环境下，因非人为因素导致车辆浸水时，或者在车辆发生碰撞等事故时，车窗电机电路失电，车窗玻璃会无法放下，另外车门在水压作用下也无法打开，最终导致车内乘客无法逃生而遇难。因此，如何解决氢燃料电池乘用车遇险情况下仍能顺利打开车窗，为乘客提供逃生通道，是氢燃料电池乘用车必需解决的问题。为此，本发明提供了一种氢燃料电池乘用车电动车窗的可靠而耐用的应急供电系统及控制方法，旨在解决车辆的电动车窗在低压电路失电情况下仍能顺利打开的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于氢能源汽车车窗的应急供电系统及方法。
一种用于氢能源汽车车窗的应急供电系统，包括应急供电系统、车窗电机、低压电源、PDU、氢燃料电池、CAN总线、接触器K1、接触器K2、驱动电机和VCU，所述应急供电系统包括双向DC电源和超级电容系统，所述双向DC电源包括低压DC转换器和高压双向DC转换器，所述超级电容系统包括超级电容器模组和电容管理系统CMS，所述氢燃料电池的输出端连接PDU的输入端，PDU的第一输出端与驱动电机的输入端相连，PDU的第二输出端与双向DC电源第一连接端相连，双向DC电源的第二连接端与超级电容系统相连，PDU的控制端通过CAN总线与VCU连接，所述氢燃料电池还与VCU通过CAN总线相连，所述双向DC电源的输出端与车窗电机的第一输入端相连，所述低压电源的输出端通过接触器K1和接触器K2和车窗电机的第二输入端相连，所述VCU、双向DC电源、超级电容系统、车窗电机以及低压电源的控制端均连接在CAN总线上；所述应急供电系统还包括接触器K3、继电器K4、预充电阻和接触器K5，所述预充电阻用于对双向DC电源进行预充电；继电器K4与预充电阻串联之后再和接触器K5并联，两个并联点分别作为第一连接端和第二连接端，第一连接端连接超级电容器模组，第二连接端连接低压DC转换器与高压双向DC转换器，接触器K3一端连接超级电容器模组，另一端连接高压双向DC转换器与低压DC转换器；所述低压DC转换器包括第一组连接端和第二组连接端，所述高压双向DC转换器包括第一组连接端和第二组连接端，所述低压DC转换器的第二组连接端的正极与高压双向DC转换器第二组连接端的正极相连，所述低压DC转换器的第二组连接端的负极与高压双向DC转换器第二组连接端的负极相连；正常情况下，接触器K1和接触器K2处于闭合状态，车窗电机的供电由低压电源单独供电，应急供电系统的低压应急电源处于持续输出状态，应急供电系统的输出电压始终低于低压电源的电压值，让应急供电系统始终处于备用状态；VCU一旦检测到低压电源供电异常时，接触器K1和接触器K2断开，应急供电系统会立即响应给车窗电机供电，确保车辆车窗快速打开。
进一步地，所述应急供电系统中，双向DC电源提供了为超级电容系统充放电时的高压接口，也提供了用于车窗电机供电的低压接口。
进一步地，所述超级电容系统中采用锂离子超级电容器作为储能元件。
一种用于氢能源汽车车窗的应急供电方法，基于一种用于氢能源汽车车窗的应急供电系统实现，整车稳态时，即汽车没有急加速和刹车的情况下，由氢燃料电池输送能量经过双向DC电源内高压双向DC转换器给超级电容系统充电。
进一步地，超级电容系统通过电容管理系统CMS采集到电容器模组内的电压及电容器容量值，并将信号通过CAN总线传送给整车VCU,整车VCU根据电容器内容量判断是否给超级电容系统充电。
进一步地，整车紧急制动时，驱动电机反馈能量通过双向DC电源内高压双向DC转换器给超级电容系统充电。
进一步地，当整车低压上电时，VCU检测到整车系统正常，VCU通过CAN总线控制超级电容系统进行预充。
进一步地，预充流程为：第一步接触器K3闭合，第二步闭合继电器K4，完成对双向DC电源的预充电，CMS检测预充完成后，闭合接触器K5,再断开继电器K4,完成对超级电容系统充电。
进一步地，当整车冷启动、整车加速和上坡时，由所述超级电容系统提供瞬间能量给双向DC电源，由双向DC电源内高压双向DC转换器稳压输出给整车中的驱动电机供电，充放电时接触器K3和接触器K5均处于闭合状态。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：确保车辆极端情况下车窗快速开启的可靠性，避免了因低压异常断电后的车窗无法打开的安全隐患。
附图说明
图1是本发明一种用于氢能源汽车车窗的应急供电系统及方法结构图；
图2是本发明一种用于氢能源汽车车窗的应急供电系统及方法中应急供电系统结构图；
图中：100-应急供电系统，110-双向DC电源，111-低压DC转换器，112-高压双向DC转换器，120-超级电容系统，121-超级电容器模组，122-CMS，200-车窗电机，300-低压电源，400-PDU，500-氢燃料电池，600-驱动电机，700-VCU。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种用于氢能源汽车车窗的应急供电系统及方法。
一种用于氢能源汽车车窗的应急供电系统，包括应急供电系统100、车窗电机200、低压电源300、PDU400、氢燃料电池500、CAN总线、接触器K1、接触器K2、驱动电机600和VCU700，所述应急供电系统100包括双向DC电源110和超级电容系统120，所述双向DC电源110包括低压DC转换器111和高压双向DC转换器112，所述超级电容系统120包括超级电容器模组121和电容管理系统CMS122，所述氢燃料电池500的输出端连接PDU400的输入端，PDU400的第一输出端与驱动电机600的输入端相连，PDU400的第二输出端与双向DC电源110第一连接端相连，双向DC电源110的第二连接端与超级电容系统120相连，PDU400的控制端通过CAN总线与VCU700连接，所述氢燃料电池500还与VCU700通过CAN总线相连，所述双向DC电源110的输出端与车窗电机200的第一输入端相连，所述低压电源300的输出端通过接触器K1和接触器K2和车窗电机200的第二输入端相连，所述VCU700、双向DC电源110、超级电容系统120、车窗电机200以及低压电源300的控制端均连接在CAN总线上；所述应急供电系统100还包括接触器K3、继电器K4、预充电阻和接触器K5，所述预充电阻用于对双向DC电源110进行预充电；继电器K4与预充电阻串联之后再和接触器K5并联，两个并联点分别作为第一连接端和第二连接端，第一连接端连接超级电容器模组121，第二连接端连接低压DC转换器111与高压双向DC转换器112，接触器K3一端连接超级电容器模组121，另一端连接高压双向DC转换器112与低压DC转换器111；所述低压DC转换器111包括第一组连接端和第二组连接端，所述高压双向DC转换器112包括第一组连接端和第二组连接端，所述低压DC转换器111的第二组连接端的正极与高压双向DC转换器112第二组连接端的正极相连，所述低压DC转换器111的第二组连接端的负极与高压双向DC转换器112第二组连接端的负极相连；正常情况下，即低压电源300正常供电时，接触器K1和接触器K2处于闭合状态，车窗电机200的供电由低压电源300单独供电，应急供电系统100的低压应急电源处于持续输出状态，应急供电系统100的输出电压始终稍微低于低压电源300的电压值，让应急供电系统100始终处于备用状态；VCU700一旦检测到低压电源300供电异常时，接触器K1和接触器K2断开，应急供电系统100会立即响应给车窗电机200供电，确保车辆车窗快速打开。
所述应急供电系统100中，双向DC电源110提供了为超级电容系统120充放电时的高压接口，也提供了用于车窗电机200供电的低压接口，所述超级电容系统120中采用锂离子超级电容器作为储能元件。
一种用于氢能源汽车车窗的应急供电方法，基于一种用于氢能源汽车车窗的应急供电系统实现，整车稳态时，由氢燃料电池500输送能量经过双向DC电源110内高压双向DC转换器112给超级电容系统120充电。
超级电容系统通过电容管理系统CMS122采集到电容模组内的电压及电容器容量值，并将信号通过CAN总线传送给整车VCU700,整车VCU700根据电容器内容量判断是否给超级电容系统120充电。
整车紧急制动时，驱动电机600反馈能量通过双向DC电源110内高压双向DC转换器112给超级电容系统120充电。
当整车低压上电时，VCU700检测到整车系统正常，VCU700通过CAN总线控制超级电容系统120进行预充，预充流程为：第一步接触器K3闭合，第二步闭合继电器K4，完成对双向DC电源110的预充电，CMS122检测预充完成后，闭合接触器K5,再断开继电器K4,完成对超级电容系统120充电，预充电阻起到限流作用，防止充电时接触器K5与电容直接接通，相当于瞬间短路而损坏接触器K5。
当整车冷启动、整车加速和上坡时，由所述超级电容系统120提供瞬间能量给双向DC电源110，由双向DC电源110内高压双向DC转换器112稳压输出给整车中的驱动电机600供电，充放电时接触器K3和接触器K5均处于闭合状态。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于氢能源汽车车窗的应急供电系统，其特征在于，包括应急供电系统、车窗电机、低压电源、PDU、氢燃料电池、CAN总线、接触器K1、接触器K2、驱动电机和VCU，所述应急供电系统包括双向DC电源和超级电容系统，所述双向DC电源包括低压DC转换器和高压双向DC转换器，所述超级电容系统包括超级电容器模组和电容管理系统CMS，所述氢燃料电池的输出端连接PDU的输入端，PDU的第一输出端与驱动电机的输入端相连，PDU的第二输出端与双向DC电源第一连接端相连，双向DC电源的第二连接端与超级电容系统相连，PDU的控制端通过CAN总线与VCU连接，所述氢燃料电池还与VCU通过CAN总线相连，所述双向DC电源的输出端与车窗电机的第一输入端相连，所述低压电源的输出端通过接触器K1和接触器K2和车窗电机的第二输入端相连，所述VCU、双向DC电源、超级电容系统、车窗电机以及低压电源的控制端均连接在CAN总线上；所述应急供电系统还包括接触器K3、继电器K4、预充电阻和接触器K5，所述预充电阻用于对双向DC电源进行预充电；继电器K4与预充电阻串联之后再和接触器K5并联，两个并联点分别作为第一连接端和第二连接端，第一连接端连接超级电容器模组，第二连接端连接低压DC转换器与高压双向DC转换器，接触器K3一端连接超级电容器模组，另一端连接高压双向DC转换器与低压DC转换器；所述低压DC转换器包括第一组连接端和第二组连接端，所述高压双向DC转换器包括第一组连接端和第二组连接端，所述低压DC转换器的第二组连接端的正极与高压双向DC转换器第二组连接端的正极相连，所述低压DC转换器的第二组连接端的负极与高压双向DC转换器第二组连接端的负极相连；正常情况下，接触器K1和接触器K2处于闭合状态，车窗电机的供电由低压电源单独供电，应急供电系统的低压应急电源处于持续输出状态，应急供电系统的输出电压始终低于低压电源的电压值，让应急供电系统始终处于备用状态；VCU一旦检测到低压电源供电异常时，接触器K1和接触器K2断开，应急供电系统会立即响应给车窗电机供电，确保车辆车窗快速打开。
2.根据权利要求1中所述的一种用于氢能源汽车车窗的应急供电系统，其特征在于，所述应急供电系统中，双向DC电源提供了为超级电容系统充放电时的高压接口，也提供了用于车窗电机供电的低压接口。
3.根据权利要求1中所述的一种用于氢能源汽车车窗的应急供电系统，其特征在于，所述超级电容系统中采用锂离子超级电容器作为储能元件。
4.一种用于氢能源汽车车窗的应急供电方法，其特征在于，基于如权利要求1所述的一种用于氢能源汽车车窗的应急供电系统实现，整车稳态时，即汽车没有急加速和刹车的情况下，由氢燃料电池输送能量经过双向DC电源内高压双向DC转换器给超级电容系统充电。
5.根据权利要求4中所述的一种用于氢能源汽车车窗的应急供电方法，其特征在于，超级电容系统通过电容管理系统CMS采集到电容器模组内的电压及电容器容量值，并将信号通过CAN总线传送给整车VCU,整车VCU根据电容器内容量判断是否给超级电容系统充电。
6.根据权利要求4中所述的一种用于氢能源汽车车窗的应急供电方法，其特征在于，整车紧急制动时，驱动电机反馈能量通过双向DC电源内高压双向DC转换器给超级电容系统充电。
7.根据权利要求4中所述的一种用于氢能源汽车车窗的应急供电方法，其特征在于，当整车低压上电时，VCU检测到整车系统正常，VCU通过CAN总线控制超级电容系统进行预充。
8.根据权利要求7中所述的一种用于氢能源汽车车窗的应急供电方法，其特征在于，预充流程为：第一步接触器K3闭合，第二步闭合继电器K4，完成对双向DC电源的预充电，CMS检测预充完成后，闭合接触器K5,再断开继电器K4,完成对超级电容系统充电。
9.根据权利要求4中所述的一种用于氢能源汽车车窗的应急供电方法，其特征在于，当整车冷启动、整车加速和上坡时，由所述超级电容系统提供瞬间能量给双向DC电源，由双向DC电源内高压双向DC转换器稳压输出给整车中的驱动电机供电，充放电时接触器K3和接触器K5均处于闭合状态。
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